5G技術在智能水電廠建設中的應用

［關鍵詞］智能水電廠建設；5G 技術；應用策略

［中圖分類號］TN925.93 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0114–03

15G技術及智能水電廠建設概述

1.15G技術

5G技術，即第五代移動通信技術，是對前幾代移動通信技術的升級和改進，引入了一系列創(chuàng)新的技術和架構，進一步挖掘了網(wǎng)絡技術的頻譜效率，可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的網(wǎng)絡延遲、更大的網(wǎng)絡容量及更可靠的連接。

（1）傳輸速率更高。相較于4G技術，5G技術最突出的特點就是傳輸速率更高。5G通信利用更高的頻率和更寬的寬帶、大規(guī)模多輸入多輸出技術、波束賦形技術、更先進的編碼技術，使得數(shù)據(jù)傳輸能夠更好地抑制干擾，傳輸速率更加高效。

（2）更低的網(wǎng)絡延遲。5G技術優(yōu)化了網(wǎng)絡架構，如網(wǎng)絡切片和邊緣計算等，能夠將網(wǎng)絡功能推向網(wǎng)絡邊緣，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x和節(jié)點數(shù)量大幅減少。同時，與邊緣計算結合，將數(shù)據(jù)處理和計算移至網(wǎng)絡邊緣的服務器上，可以減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程云服務器的時間，降低應用程序的延遲。

（3）更大的網(wǎng)絡容量。相比前幾代通信技術，5G技術具有更高的頻譜效率，可在相同的頻譜資源下傳輸更多的數(shù)據(jù)，提供更大的網(wǎng)絡容量，支持更多的用戶或設備。網(wǎng)絡切片能夠將網(wǎng)絡劃分為多個獨立的虛擬網(wǎng)絡，優(yōu)化每個切片都能夠按照不同的需求和應用場景，提供更大的網(wǎng)絡容量和更好地服務質量。

（4）更可靠的連接。在4G技術基礎上，5G技術對信號傳輸技術進行了優(yōu)化，減少了信號在傳播過程中受到的干擾和衰減，信號丟失率更低，連接更加穩(wěn)定。而且，5G技術引入了URLLC（超可靠低時延通信）服務，針對對延遲和可靠性要求較高的應用場景，保證了極低的傳輸延遲和高可靠性，以支持實時和關鍵的應用需求。

1.2智能水電廠建設

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增長，能源的需求量也顯著增長。水電作為一種清潔、可再生的能源形式，具有巨大的應用潛力和發(fā)展前景。同時，在信息化的時代發(fā)展背景下，各行各業(yè)都與信息技術形成了深度的融合，信息化、智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代社會的重要標志之一。在水電廠建設中，也要緊跟時代發(fā)展潮流，推進智能化技術的應用，以實現(xiàn)能源的高效利用，降低能耗，減少對環(huán)境的負面影響。

智能化水電廠建設是指在傳統(tǒng)水電廠的基礎上，利用現(xiàn)代信息技術，引入智能化技術和系統(tǒng)，對水電廠進行智能化改造，推進電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新興技術的快速發(fā)展，為水電廠智能化建設提供了有力支持，使其具備設備的遠程監(jiān)控與維護、數(shù)據(jù)的實時采集與分析、自動化控制與優(yōu)化等功能。相較于傳統(tǒng)水電廠，智能化水電廠建設能夠利用數(shù)據(jù)驅動實現(xiàn)決策和業(yè)務的優(yōu)化，提高運行效率，降低水電廠的運營成本，提高安全性和可靠性，實現(xiàn)節(jié)能減排和環(huán)境保護，推動水電廠向更加智能、高效及可持續(xù)的方向發(fā)展。

25G技術在智能水電廠建設中的應用策略

2.1對各系統(tǒng)進行高精度授時

在水電廠內(nèi)部，各個系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和協(xié)作非常重要，如果系統(tǒng)的時鐘不同步，可能導致數(shù)據(jù)的錯誤處理和執(zhí)行的不一致，進而影響到整個水電廠的運行效率和穩(wěn)定性。為了確保各個系統(tǒng)處于同一時間基準，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準確流動和協(xié)同運行，須保持內(nèi)部各系統(tǒng)的時鐘同步。傳統(tǒng)水電廠中，對時方法可能依賴于人工干預或使用專門的硬件設備，過程繁瑣且受限。對時通道的限制，使得系統(tǒng)之間的時鐘同步難以得到高效解決，造成時鐘不同步的問題。由于各個系統(tǒng)的時間不能完全保持一致，可能會導致數(shù)據(jù)記錄的不準確性，一旦發(fā)生事故，無法以系統(tǒng)記錄為依據(jù)來查找事故的起因，增加了事故分析和故障診斷的難度，延長了故障排除的時間，進一步影響了對系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)測和管理，增加了潛在的安全風險。

針對這種情況，可以引入5G技術。作為新一代移動通信技術，5G技術具有更高的可靠性和更低的時延，其引入可以優(yōu)化時鐘同步系統(tǒng)，使水電廠內(nèi)部的各個系統(tǒng)可以快速、可靠地進行時鐘同步，減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t和不確定性，可以提高系統(tǒng)的實時性和響應性能。5G技術具有高精度的時鐘同步能力，可以實現(xiàn)毫秒級的時間同步。利用5G網(wǎng)絡傳輸?shù)臅r間信息，能夠可靠地同步各個系統(tǒng)的時鐘，從而保證系統(tǒng)之間的時間一致性。與傳統(tǒng)的對時通道相比，5G網(wǎng)絡的覆蓋范圍廣，不再受制于通道數(shù)量的限制，可以同時支持大量系統(tǒng)的時鐘同步，輕松實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的高效對時，解決傳統(tǒng)方法中數(shù)量限制的問題。

2.2實現(xiàn)設備的全息感知

水電廠的建設中，傳感器必不可少。傳感器的安裝可實時監(jiān)測和采集水電廠各個系統(tǒng)設備的運行情況，這些數(shù)據(jù)可以作為設備運行狀態(tài)的檢查依據(jù)。通過傳感器收集到的信息，能夠判斷設備的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)異常情況和故障，并進行相應的處理和維修，制訂維修計劃，以保障設備的正常運行。傳感器采集到的數(shù)據(jù)有助于了解設備的實際運行狀態(tài)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的優(yōu)化和調(diào)整，優(yōu)化能源利用和效率，提高水電廠系統(tǒng)的運行效率。

智能化水電廠建設中，可以利用5G技術來實現(xiàn)設備的全息感知。5G技術具有高速率和大容量的特點，數(shù)據(jù)傳輸速度更快，數(shù)據(jù)處理能力更強。將大量的監(jiān)測傳感器設備接入5G網(wǎng)絡，可以快速、高效地傳輸大量的設備監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的精確性和時效性，有助于及時獲得關于水電廠設備的實時數(shù)據(jù)。通過監(jiān)測傳感器設備提供的實時數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對水電廠全部設備狀態(tài)的全息感知，即全面了解設備的實時狀態(tài)和性能，有助于及時掌握設備的運行情況，迅速發(fā)現(xiàn)并解決潛在的故障或異常情況，實現(xiàn)遠程診斷和故障排查，大幅提高了故障監(jiān)測和診斷的效率，縮短了故障處理的時間，減少了因設備故障而造成的損失。

2.3實現(xiàn)對水電廠建設管理的優(yōu)化

水電廠的建設是一項復雜的工程，從整體看，包括水源的選擇和調(diào)度、水庫的建設、大壩或堤體的設計和建造、電力設備的安裝和調(diào)試等。各個環(huán)節(jié)之間相互關聯(lián)，需要綜合考慮多個因素，如地質條件、水文特性、環(huán)境保護等，建設難度較高。而且，水電廠的建設涉及多個專業(yè)領域的工程內(nèi)容，如土建工程、水利工程、電力工程等，不同領域的工程要求的技術和知識也有所不同，需要相關專業(yè)人員的合作和協(xié)調(diào)。同時，工程的內(nèi)容也十分豐富，涉及承包商、設計人員、監(jiān)理人員等多個方面的工作，使得工程施工過程中的協(xié)調(diào)和管理難度也大幅增加。

為了優(yōu)化對水電廠建設的管理，可以利用5G技術來推進其智能化建設的進程。水電工程建設中涉及大量的設備和設施，利用5G技術可以對這些設備進行智能聯(lián)網(wǎng)。通過將傳感器和控制系統(tǒng)與5G網(wǎng)絡進行連接，實現(xiàn)對設備狀態(tài)的實時監(jiān)測和遠程控制，有助于實時了解設備的運行狀況。在水電廠建設中，要依托5G技術將傳感器網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)采集技術等聯(lián)結起來，收集施工進度、施工質量、設備狀態(tài)等相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對水電工程建設的實時監(jiān)測和調(diào)整，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，并采取措施調(diào)整施工計劃，確保工程的高效進行。此外，5G技術和云計算的結合，可以實現(xiàn)對大量工程數(shù)據(jù)的實時傳輸、存儲及分析。對相關數(shù)據(jù)進行深度學習和數(shù)據(jù)挖掘，有助于了解工程進展情況、預測潛在問題及優(yōu)化施工方案，進而進行數(shù)據(jù)分析和決策支持，提供更科學、精確的指導，加強工程的監(jiān)督和管理，提高施工質量和效率。

2.4構建無人巡檢系統(tǒng)

智能化水電廠的建設，無人巡檢系統(tǒng)必不可少，巡檢無人機、巡檢機器人等是常用的巡檢設備，可以在施工現(xiàn)場快速、高效地完成巡檢任務。無人巡檢系統(tǒng)可以檢查各種設備、管道、結構等，并通過高清攝像功能捕捉施工現(xiàn)場的圖像和視頻。與人工巡檢相比，無人巡檢系統(tǒng)能夠節(jié)省時間和人力成本，并且可以在短時間內(nèi)完成大面積、復雜的巡檢工作。在5G技術應用之前，智能化水電廠建設在布設電力巡檢系統(tǒng)時，通常采用無線通信技術，需要以大量的無線熱點來支撐。建設一個智能水電廠需要覆蓋廣泛的區(qū)域，無線熱點要布設在每個巡檢設備附近，才能保證穩(wěn)定的通信連接，會增加硬件設備、網(wǎng)絡基礎設施及維護成本，從而增加施工成本。同時，無線通信會受到干擾、信號弱或信號覆蓋不足等因素的影響，特別是在復雜的水電廠環(huán)境中，如果無線熱點信號不穩(wěn)定，就會導致巡檢設備與中心系統(tǒng)之間的通信中斷或延遲，從而影響巡檢數(shù)據(jù)的及時性和準確性。

5G技術具備高速傳輸、低延遲及大連接密度等特點，適用于大規(guī)模設備連接和高頻次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。在智能水電廠建設中，可以利用5G技術進行網(wǎng)絡布設，以提供高速穩(wěn)定的通信連接，支持巡檢設備數(shù)據(jù)的及時傳輸和回傳，確保巡檢過程的實時性和準確性。通過5G網(wǎng)絡支持的巡檢設備，可以在設定下定期進行巡檢工作，無需人工干預，且能夠在復雜或危險的環(huán)境中執(zhí)行任務，可以大幅提高巡檢效率，降低人力成本。在5G網(wǎng)絡的支持下，巡檢設備產(chǎn)生的畫面和數(shù)據(jù)能夠及時回傳到控制系統(tǒng)中，可以通過實時監(jiān)控來獲取精確的巡檢信息，從而迅速做出決策和響應，及時發(fā)現(xiàn)問題，預防潛在故障，來優(yōu)化運行效率。

3結束語

相較于以往的通信技術，5G技術有著更多的優(yōu)勢，在智能水電廠建設中具有廣闊的應用前景。在具體建設中，要合理規(guī)劃利用5G技術，來對各系統(tǒng)進行高精度授時，實現(xiàn)設備的全息感知，優(yōu)化水電廠建設的管理，構建無人巡檢系統(tǒng)，以提高水電廠的智能化水平。隨著技術的不斷發(fā)展和應用場景的拓展，未來，5G技術還會不斷成熟，為智能化水電廠的建設提供更加廣闊的發(fā)展空間。